Peu après sa naissance, son père rejoint son grand-père, émigré en Argentine : la figure du père absent est une des caractéristiques de sa filmographie.
Gianni Amelio suit à l'université de Messine, en Sicile, une formation en philosophie, et entre ensuite au Centro sperimentale di cinematografia de Rome. Assistant de Liliana Cavani, Vittorio De Seta et d'autres réalisateurs dans les années 1960, il devient réalisateur pour le petit écran et pendant plusieurs années réalise des téléfilms remarqués par la critique.
La recherche du père hante tous les films de Gianni Amelio, issu d'une famille d'émigrants, où les pères abandonnent les fils. Dans ses films, plus psychologiques que politiques, Gianni Amelio est conscient des influences des grands maîtres du cinéma italien, Roberto Rossellini, Vittorio De Sica ou Luchino Visconti. Il partage la vision de ce dernier qui insiste sur la notion d’humanité : « L’expérience m'a enseigné que le poids de l'être humain, sa présence sont les seules choses qui comptent sur l'écran. »
Au-delà de son propre questionnement affectif, familial ou social, le cinéaste met toujours en scène le thème de l'altérité dans sa vérité.
En , il fait son coming out et se déclare homosexuel[1]. Il écrit en 2018 un deuxième roman, Padre quotidiano, dans lequel il raconte l'adoption de son fils lors du tournage de Lamerica[2].
Portes ouvertes (1990) se penche sur la peine de mort (nommé à l'Oscar du meilleur film étranger).
Les Enfants volés, récompensé par le Grand Prix du jury et le Prix du jury œcuménique au Festival de Cannes en 1992, un road movie sur la solidarité entre exclus, qui l'impose définitivement comme un cinéaste qui s'inscrit dans la grande tradition du cinéma politique italien. Ce film reprend tous les thèmes privilégiés de l’auteur, tels que la misère, l’enfance, la délinquance et le Sud. À travers cette histoire de deux jeunes orphelins, Rosetta et son frère, pris en affection par un jeune carabinier, on peut mesurer toute la profondeur du manque paternel, et du transfert qui en découle.
Lamerica (prix spécial de la mise en scène à la Mostra de Venise en 1994) : Gianni Amelio s'interroge sur les rapports entre l’Occident et le reste du monde et dénonce le capitalisme sauvage et colonialiste qui sévit en Albanie à travers l’histoire de deux italiens partis à la conquête du nouveau monde après la chute du communisme, en 1991. Cette réflexion sur des personnes déplacées et sur les problèmes de l’émigration recoupe, comme l’explique Gianni Amelio, une interrogation personnelle, car il appartient à une famille d'émigrés. « Ce film est un voyage à la découverte de la véritable Albanie mais aussi de nos racines communes. C’est la découverte du fait que, derrière chaque peuple, il y a des duretés et des fatigues, et des parcours douloureux, des aventures, des rêves et des échecs, et des reprises. » Pour le réalisateur, le singulier rejoint toujours l’universel, et il ne cesse de prôner la tolérance, « la ressemblance entre les peuples », la fraternité, même si elle n’est pas évidente et souvent même conflictuelle.
Mon frère (Lion d'or à la Mostra de Venise en 1998), le rapport fraternel passionnel est le lieu de prédilection d’une affectivité pathologique et douloureuse. Mais le message final est celui de l’amour.
Le chiavi di casa (en sélection officielle pour la Mostra de Venise en 2003) aussi beau que dérangeant, où il narre la découverte mutuelle d’un père et de son fils handicapé.